专家观点

测天地间高低起伏 量方寸中古往今来——读《考古现场多视角三维重建》

摘要:   考古学是为了研究人类历史而进行实地考察、获取实物资料与信息资料的学科。考古学以出土资料为基础,无论是田野考古获取遗存,还是室内对出土标本的研究,获取信息是最重要的环节。考古学发展的早期阶段,考古学家通过田野发掘,以地层为依据,确认了人类使用的石器的存在。田野发掘作为直接证据,确认了三期说,还扩展到四期说。正是因为田野考古的重 ...

  考古学是为了研究人类历史而进行实地考察、获取实物资料与信息资料的学科。考古学以出土资料为基础,无论是田野考古获取遗存,还是室内对出土标本的研究,获取信息是最重要的环节。考古学发展的早期阶段,考古学家通过田野发掘,以地层为依据,确认了人类使用的石器的存在。田野发掘作为直接证据,确认了三期说,还扩展到四期说。正是因为田野考古的重要性,早期考古学家在完整提出地层学发掘的原则上,要求发掘记录既要逐件记录器物发现位置,还要有准确的平面图和剖面图,绘图不仅要详细,还要进行说明。打隔分方等田野考古中最基础的操作方法实际也是为了更加准确地采集数据。随着田野发掘技术与方法的不断进步,田野信息的采集技术也经历了持续的发展和革新。因为考古发掘是不可逆的过程,因此每个时代的考古人都力图把资料、数据的采集做到极致。大到城址的平面图,细至墓葬的每一块墓砖,从房址、灰坑的平剖面结构到旧石器遗址中指甲盖大小的碎屑,都通过精细的测量落到图纸上。我们花了很多年才从平板仪、皮尺、三角板走到全站仪、RTK,科学技术的发展为考古数据采集提供了更加便捷、精确的工具,精度从厘米级提升到了毫米级,考古现场数据采集的精度和数据量较以往有了质的变化。但从根本来说,考古现场采集的信息数据仍然以三维坐标点和平面绘图、影像相结合的形式保存。随着三维模型重建技术手段的出现,以三维数据的形式保存遗址、遗物的信息成为现实,但三维激光扫描等方法仍存在技术门槛高、耗时长、费用高等限制,难以广泛使用。

《考古现场多视角三维重建》 刘建国著  中国社会科学出版社2019年12月出版,定价68元

  近年来刘建国先生尝试将多视角三维重建技术应用到田野考古和研究工作中,通过针对不同类型建模对象的尝试,摸索出了一套稳定、成熟的三维建模方法,该方法的大规模应用推动考古数据信息采集方式产生了划时代的变化。正是因为该方法的巨大行业效应,刘建国先生所著《考古遗址的超低空拍摄与数据处理》一文获首届中国考古学大会研究成果奖(金鼎奖),这是考古界的认可和褒奖。

  多视角影像三维重建技术设备门槛低,易学易用。但是面对不同的建模对象,掌握了基本方法的初学者,无论是影像获取方式,还是数据处理过程中都容易遇到难点,很可能耗时费力最终仍无法解决问题。为更加全面地介绍这项技术,刘建国先生从他近年来大量工作中挑选具有代表性的实例,分门别类结成一册《考古现场多视角三维重建》,涵盖了几乎所有适用该方法的考古对象,可谓初学者的福音。

  本书前三章详述方法应用的前期准备,介绍了多视角三维重建的原理以及影像获取和处理方式,第四至第七章则按照制作模型的不同尺度具体讲解了三维模型的制作方法,涵盖了从大型考古现场到可移动文物各种类型。在内容和方法介绍上本书有以下特点:

  全面性

  所举实例包括了不同尺度的对象,遗址区大范围的三维重建,分为山地和平原两种类型介绍重建方法和技术难点;发掘现场重建则细分为探方、探沟、墓葬、石窟,基本涵盖了我们在考古发掘中能遇到的类型。可移动文物则包括了石质、陶质、青铜质以及特殊类型。最后一章还专门加入了基层文物工作者特别容易遇到的砖塔类。

  实用性

  该书介绍的photoscan软件占用空间小,使用方法并不复杂,但实际操作中,从影像获取、建模、到最后的信息输出都有很强的技巧性。该书在建模实例中介绍了各类使用技巧,具有高度的实用性。最初章节详尽讲述了影像的获取方式和处理办法,在不同建模实例中则标注了拍摄影像的位置、角度。比如在大范围区域建模的实例中,详细介绍了无人机的飞行路线和技巧,以及无人机的设置、飞行方式、航带的重叠度;又比如介绍探方影像获取时不仅介绍了走位方法,还绘制了拍摄方法的平、剖面示意图,甚至细致到拍摄焦点的选择。后期的输出环节,误差修订、阴影消除,以及导出正射影像去除植物、阴影的干扰,都是在实际工作中易遇到的难点。上述在实战中积累,反复摸索出来的技巧和注意事项往往决定了建模的效果。

  普适性

  该书的全面性和实用性决定了它的受众相当广泛。专业考古研究人员可以利用该方法更加快速、准确、海量地获取三维信息进行深入研究,刘建国先生以三维模型为基础进行的史前治水研究已取得初步收获。此外,还有日趋丰富的通过三维模型研究石器制作技术的研究实例。同时,博物馆的技术人员可以自行使用该方法便捷地为部分文物采集三维数据,结合VR技术实现虚拟展示。地方基层的文物保护工作可能是此方法更广泛的应用空间,基层文物点年代跨度大、类型多样,对适用的可移动、不可移动文物(特别是无法遮盖保护的塔、石雕、石刻、造像等易受自然因素影响的文物点)进行三维数据采集能够为后续的保护、研究提供更加准确的资料。该书语言精练准确易懂,原理解释清楚,篇幅小、易携带,不同基础的读者应该均能够自学掌握。

  2013年以来,刘建国先生以讲座的形式,在培训班、高校短期课程、考古工地等场合无私分享三维重建技术的使用方法,大大提高了考古现场和文物信息采集的效率,改善了数据信息的保存模式。让考古同仁更加全面了解多视角三维重建技术,帮助初学者快速进阶应该是他的写作目的之一。该书全面、实用、普适的特点使其成为具有工作手册性质的操作指南。在国内新冠疫情的阴霾即将消散之际,《考古现场多视角三维重建》的面世将助力全面复工中的田野考古工作。

  (作者单位:中国社会科学院考古研究所)

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